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無心磨床自動化上下料係統設計（jì）

2022-6-14 來源：眉山職業（yè）技術學院作者：林（lín）建兵

摘要: 針（zhēn）對無心磨床的工作原理與加工特點，設計一種自動化（huà）上（shàng）下料裝置，運用 PLC 控製技術（shù）對係統中供料裝置、出（chū）料裝置、傳輸機構等各部分運動狀態及工作程序進（jìn）行精準控製（zhì）來實現（xiàn）產品（pǐn）從供（gòng）料（liào）到（dào）取件（jiàn）的自動（dòng）化、連續性生產，通過驗證，該係統（tǒng）設計方案穩定可靠，為此類機（jī）床加工過程的自動化改造升級提供了一種有（yǒu）效的途徑與方（fāng）法。

關（guān）鍵詞: 無心（xīn）磨床（chuáng）; 上下料係統; 自動化

0 引言

無心外圓（yuán）磨床適於磨削細長圓柱（zhù）形、短軸類和套類等工（gōng）件，磨削精（jīng）度和生產效率高，應用較為普遍。但一些老舊式磨床因未配備自動上下料裝置，在生產中采取人工供料及取件，此模式（shì）在反複操作時（shí）易出現（xiàn）安全（quán）事故，存在安全隱患，基於機床結構及生產特點增設配套的自動（dòng）化上下料係統可有效規避此類問（wèn）題，同時還可一定程度提高生產（chǎn）效率與產品的（de）穩定性，提升企業自動化水平，是一種（zhǒng）切合實際且經濟有效的改造方案。

筆者提出如何在不改變無心磨床生產條件與環境的前提下（xià）增設一種自動化上下料係統來實現（xiàn）產品的自動化、連（lián）續性生產的加工方案，對規避人工操作的安全隱患，提升中小微（wēi）企業自動（dòng）化、智能化升級具有現實意義與（yǔ）實際價值。

1、磨床工作原（yuán）理與現存問題

無心磨床工作的核心部件（jiàn）由兩個砂輪和底部托板構成（chéng），兩個砂輪（lún）中的一個為引導輪，另一個（gè）為磨削輪（lún），工件置於兩輪（lún）之間，導輪帶動工件單向轉動，磨削輪實施磨削加工，底部托板對工件實現支（zhī）撐，三者協作完成表麵磨削，加工過程一般為連續進（jìn）行（háng），加工原理（lǐ）如圖 1 所示。

圖 1 無心磨床工作原理簡圖

老舊（jiù）磨床由於無配套自動化供取裝置（zhì），工件更換時（shí）需由人工進行更（gèng）換操作，長此以往易出現安全事故，雖然目前一些磨床的（de）設備商不斷投入研（yán）發自動化供（gòng）料裝置，並將其集成在設備中整體出售，但此類設備價格昂貴，中（zhōng）小企業負擔困難，加之以整體更換老舊磨床成本較高，因此（cǐ）考慮在現有基礎上改造並加裝自動化（huà）上下料裝置則更為現實，具有較好的可行性（xìng）與操作性。

2、改造思路與基本結構

基（jī）於無心磨床的工作特點（diǎn），擬設計一種自動化上下料（liào）係統配合現有機（jī）床實（shí）現全自（zì）動供（gòng）料與取件，同時實（shí）現連續性生產，一定程度提高生產效率與產品穩定性。基本的設計思路為: 基於機床布局增設自動化供料與取件裝置代替人工更換工件（jiàn），充分融合自動傳（chuán）輸、機械手及伺服、控（kòng）製係統完成原料供給與產品傳輸，整體布（bù）局如圖 2 所示，在原有機床的基礎（chǔ）上（shàng），增設自動化上下料係統，建立序列化工作程序，確保加工過程連續並一（yī）定程度提高生（shēng）產效率，整個係統由供料裝置、傳（chuán）輸機構、上下料裝置、自動出料裝置及輔助係統等部分組成，在各類支撐機（jī）構及輔助裝置的配合下，各部件緊密配合、銜接有序，確保（bǎo）磨床連續高（gāo）效工作，工（gōng）作原（yuán）理及工作過程簡介如（rú）下。

圖 2 係統布局圖（tú）

2．1 供料裝置（zhì）

供料裝置由供料台、儲（chǔ）料盤、過渡定（dìng）位裝置、供料機械手及導（dǎo）軌等結構組成，如圖 3 所示，在機床（chuáng）合適位置放置中空結構的供（gòng）料（liào）台，設（shè） 2 兩個儲料盤分裝半（bàn）成品與成品，盤內設計（jì）定位結構確定產品的排列方式與（yǔ）間距，儲（chǔ）料盤通過導滑槽（cáo）連接，約束運動路線，底部驅動電（diàn）機控製（zhì）運動（dòng）狀態，配合機械手執行（háng）抓取動作，機械手通過直線導軌在供（gòng）料台上方水平運動，將（jiāng）半成品運送至過渡定（dìng）位裝置並回收成品。

圖 3 供料裝置及抓取狀態

過渡裝置（zhì）主要由兩個活動氣缸及和 V 形（xíng）定位卡片組成，定（dìng）位卡縱向位置可由（yóu）氣缸帶動上下調整，用於放置半成品與成品，實現產品的準確供給（gěi）與回收，如圖 3 所示供料機械手正（zhèng）在（zài）進行抓取狀態。

2．2 傳輸機構

傳（chuán）輸機構由固定（dìng）柱、直線（xiàn）導軌、滾珠絲杆、夾取（qǔ）軸、上下料機械手及驅動電機等輔助機構組成，如圖4 所示，在供料裝置與機床間設置固定柱，在適（shì）宜（yí）高度設置導軌與 X 伺服軸控製夾取軸和（hé）機械手橫向運動，夾取機械手在伺（sì）服電機驅動（dòng）下可沿夾（jiá）取軸上下升降，取件時，兩個夾取機（jī）械手下降到指定位置，機械手一將從過渡定位裝置取來的半成品件（jiàn）放入磨床的砂（shā）輪間執行磨（mó）削加工，另一機械手取出自動出料裝置中的成品件運回至過渡定位裝置 V 形定位卡中等待回收，完成一個周（zhōu）期傳輸，如此反複（fù），實現連續工作。

圖 4 傳輸機構部件圖

2．3 自動（dòng）出料裝置

自動出料裝置主要用於將加工好的成品取出，該裝置主要（yào）由具有定位卡槽塊結構的夾具和氣缸組成，如圖 5 所（suǒ）示，出料裝置可在活動氣缸的帶動下實現水平和上下運動，產品加工完成時，出料（liào）裝置在水（shuǐ）平氣（qì）缸的帶動下橫向右移動至機床砂（shā）輪位置下方並確保定位卡槽（cáo）位置與成品大端麵對齊，上下氣缸推動裝置上（shàng）移執（zhí）行托舉動（dòng）作（zuò）並取出（chū）砂輪間的成品件（jiàn）後退回至（zhì）原待機（jī）位置，待上（shàng）下料機械手來夾取並運回至過渡定位裝（zhuāng）置，實現（xiàn）產品的自（zì）動出料與傳輸。

圖 5 出料（liào）裝置工（gōng）作示意圖

1．加（jiā）工（gōng）狀態 2．出（chū）料裝置前進取（qǔ）件 3．出料裝置回退（tuì）4．返回至待機位（wèi）置

2．4 工作流程（chéng）概述

整個自動化係統的改造以原機床（chuáng）設備及工作場地為（wéi）基（jī）礎，定點增設自動化供料裝置與出料裝置，配備相應動力裝置、抓取機械手、傳輸機構，各部分裝置在控製係統的操（cāo）控下有序銜接並執行工序動（dòng）作（zuò），完成從毛坯件送達到（dào）成品（pǐn）回收的一係列操作，工作過程基於 PLC 程序控製，工作流程如圖 6 所示。

圖 6 實施流程圖

待加工（gōng）毛坯件從供料裝置的儲（chǔ）料盤中出發，由機械手傳輸至過渡裝置的 V 形定位卡中，由下一工序機（jī）械手抓取送至磨床加工位上方進入待機狀態，待出料裝置將上一（yī）周期（qī）成品件從機（jī）床取出複位後（hòu），將毛坯件放入磨削輪中（zhōng）實施加工，取出後的成品件再由機（jī）械手抓取經傳輸機（jī）構返（fǎn）運至過渡裝置以及（jí）儲料盤進行回收，如（rú）此反（fǎn）複（fù），實現連續性生產。

3、係統特色與優勢

(1) 生產效率明顯（xiǎn）提（tí）升。供料與取件均采用雙（shuāng）機械手（shǒu），可實現（xiàn）取放料的同時進行，縮短周期，係統各部（bù）分緊密配合可實現連續性生產，較大幅提高了生產效率。

(2) 係（xì）統實現全監控。各部分（fèn）機構均安裝（zhuāng）了檢測裝置（zhì），全程監控係統的運（yùn）行狀態，便（biàn）於過程控製與監（jiān）管。

(3) 操控方便。係統運行基於 PLC 控製，觸摸屏操作，方（fāng）便直觀（guān）、便於操（cāo）作。

(4) 標準件占比高。係統機械手、傳輸裝置、監（jiān）控及控製器等均使（shǐ）用用標準件，標準件占（zhàn）比高達70%，方便係統安裝及後（hòu）期維護。

(5) 生產環境改動小。係統安裝一（yī）般基於原生（shēng）產（chǎn）條件，無需進行設備（bèi）移動及場地更換，節約成本的同（tóng）時，縮短改造周期。

(6) 具有柔性化特點。係統設計（jì）適（shì）用於各類尺寸軸類零件外圓磨削加（jiā）工，可通過變換（huàn）過渡裝置定位卡和出料裝置相關尺寸即可變（biàn）換產品。

4、結語

智能（néng）製造（zào）的核心要素是（shì）生（shēng）產過程自（zì）動（dòng）化。在製造過程的各（gè）個環節廣泛應用智能控製及自動化技術，是加快製造業發展方式轉變，促進工（gōng）業向（xiàng）中高端邁進、建設製造強國的重要舉措，中小微企業占比（bǐ）大（dà），進程慢，迫切需要進行數字（zì）化、自動化改造升級，上述設計方案是一種投（tóu）資小、見效快（kuài）的解決（jué）路徑，有（yǒu）一定的參考與借鑒意義。

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